arch/i386/mm/fault.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/i386/mm/fault.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   5  */
   6
   7 #include <linux/signal.h>
   8 #include <linux/sched.h>
   9 #include <linux/kernel.h>
  10 #include <linux/errno.h>
  11 #include <linux/string.h>
  12 #include <linux/types.h>
  13 #include <linux/ptrace.h>
  14 #include <linux/mman.h>
  15 #include <linux/mm.h>
  16 #include <linux/smp.h>
  17 #include <linux/smp_lock.h>
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/init.h>
  20 #include <linux/tty.h>
  21 #include <linux/vt_kern.h>              /* For unblank_screen() */
  22 #include <linux/highmem.h>
  23 #include <linux/module.h>
  24
  25 #include <asm/system.h>
  26 #include <asm/uaccess.h>
  27 #include <asm/hardirq.h>
  28 #include <asm/desc.h>
  29
  30 extern void die(const char *,struct pt_regs *,long);
  31
  32 /*
  33  * Unlock any spinlocks which will prevent us from getting the
  34  * message out
  35  */
  36 void bust_spinlocks(int yes)
  37 {
  38         int loglevel_save = console_loglevel;
  39
  40         if (yes) {
  41                 oops_in_progress = 1;
  42                 return;
  43         }
  44 #ifdef CONFIG_VT
  45         unblank_screen();
  46 #endif
  47         oops_in_progress = 0;
  48         /*
  49          * OK, the message is on the console.  Now we call printk()
  50          * without oops_in_progress set so that printk will give klogd
  51          * a poke.  Hold onto your hats...
  52          */
  53         console_loglevel = 15;          /* NMI oopser may have shut the console up */
  54         printk(" ");
  55         console_loglevel = loglevel_save;
  56 }
  57
  58 /*
  59  * Return EIP plus the CS segment base.  The segment limit is also
  60  * adjusted, clamped to the kernel/user address space (whichever is
  61  * appropriate), and returned in *eip_limit.
  62  *
  63  * The segment is checked, because it might have been changed by another
  64  * task between the original faulting instruction and here.
  65  *
  66  * If CS is no longer a valid code segment, or if EIP is beyond the
  67  * limit, or if it is a kernel address when CS is not a kernel segment,
  68  * then the returned value will be greater than *eip_limit.
  69  *
  70  * This is slow, but is very rarely executed.
  71  */
  72 static inline unsigned long get_segment_eip(struct pt_regs *regs,
  73                                             unsigned long *eip_limit)
  74 {
  75         unsigned long eip = regs->eip;
  76         unsigned seg = regs->xcs & 0xffff;
  77         u32 seg_ar, seg_limit, base, *desc;
  78
  79         /* The standard kernel/user address space limit. */
  80         *eip_limit = (seg & 3) ? USER_DS.seg : KERNEL_DS.seg;
  81
  82         /* Unlikely, but must come before segment checks. */
  83         if (unlikely((regs->eflags & VM_MASK) != 0))
  84                 return eip + (seg << 4);
  85
  86         /* By far the most common cases. */
  87         if (likely(seg == __USER_CS || seg == __KERNEL_CS))
  88                 return eip;
  89
  90         /* Check the segment exists, is within the current LDT/GDT size,
  91            that kernel/user (ring 0..3) has the appropriate privilege,
  92            that it's a code segment, and get the limit. */
  93         __asm__ ("larl %3,%0; lsll %3,%1"
  94                  : "=&r" (seg_ar), "=r" (seg_limit) : "0" (0), "rm" (seg));
  95         if ((~seg_ar & 0x9800) || eip > seg_limit) {
  96                 *eip_limit = 0;
  97                 return 1;        /* So that returned eip > *eip_limit. */
  98         }
  99
 100         /* Get the GDT/LDT descriptor base.
 101            When you look for races in this code remember that
 102            LDT and other horrors are only used in user space. */
 103         if (seg & (1<<2)) {
 104                 /* Must lock the LDT while reading it. */
 105                 down(&current->mm->context.sem);
 106                 desc = current->mm->context.ldt;
 107                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 108         } else {
 109                 /* Must disable preemption while reading the GDT. */
 110                 desc = (u32 *)&cpu_gdt_table[get_cpu()];
 111                 desc = (void *)desc + (seg & ~7);
 112         }
 113
 114         /* Decode the code segment base from the descriptor */
 115         base =   (desc[0] >> 16) |
 116                 ((desc[1] & 0xff) << 16) |
 117                  (desc[1] & 0xff000000);
 118
 119         if (seg & (1<<2)) {
 120                 up(&current->mm->context.sem);
 121         } else
 122                 put_cpu();
 123
 124         /* Adjust EIP and segment limit, and clamp at the kernel limit.
 125            It's legitimate for segments to wrap at 0xffffffff. */
 126         seg_limit += base;
 127         if (seg_limit < *eip_limit && seg_limit >= base)
 128                 *eip_limit = seg_limit;
 129         return eip + base;
 130 }
 131
 132 /*
 133  * Sometimes AMD Athlon/Opteron CPUs report invalid exceptions on prefetch.
 134  * Check that here and ignore it.
 135  */
 136 static int __is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr)
 137 {
 138         unsigned long limit;
 139         unsigned long instr = get_segment_eip (regs, &limit);
 140         int scan_more = 1;
 141         int prefetch = 0;
 142         int i;
 143
 144         for (i = 0; scan_more && i < 15; i++) {
 145                 unsigned char opcode;
 146                 unsigned char instr_hi;
 147                 unsigned char instr_lo;
 148
 149                 if (instr > limit)
 150                         break;
 151                 if (__get_user(opcode, (unsigned char *) instr))
 152                         break;
 153
 154                 instr_hi = opcode & 0xf0;
 155                 instr_lo = opcode & 0x0f;
 156                 instr++;
 157
 158                 switch (instr_hi) {
 159                 case 0x20:
 160                 case 0x30:
 161                         /* Values 0x26,0x2E,0x36,0x3E are valid x86 prefixes. */
 162                         scan_more = ((instr_lo & 7) == 0x6);
 163                         break;
 164
 165                 case 0x60:
 166                         /* 0x64 thru 0x67 are valid prefixes in all modes. */
 167                         scan_more = (instr_lo & 0xC) == 0x4;
 168                         break;
 169                 case 0xF0:
 170                         /* 0xF0, 0xF2, and 0xF3 are valid prefixes */
 171                         scan_more = !instr_lo || (instr_lo>>1) == 1;
 172                         break;
 173                 case 0x00:
 174                         /* Prefetch instruction is 0x0F0D or 0x0F18 */
 175                         scan_more = 0;
 176                         if (instr > limit)
 177                                 break;
 178                         if (__get_user(opcode, (unsigned char *) instr))
 179                                 break;
 180                         prefetch = (instr_lo == 0xF) &&
 181                                 (opcode == 0x0D || opcode == 0x18);
 182                         break;
 183                 default:
 184                         scan_more = 0;
 185                         break;
 186                 }
 187         }
 188         return prefetch;
 189 }
 190
 191 static inline int is_prefetch(struct pt_regs *regs, unsigned long addr,
 192                               unsigned long error_code)
 193 {
 194         if (unlikely(boot_cpu_data.x86_vendor == X86_VENDOR_AMD &&
 195                      boot_cpu_data.x86 >= 6)) {
 196                 /* Catch an obscure case of prefetch inside an NX page. */
 197                 if (nx_enabled && (error_code & 16))
 198                         return 0;
 199                 return __is_prefetch(regs, addr);
 200         }
 201         return 0;
 202 }
 203
 204 asmlinkage void do_invalid_op(struct pt_regs *, unsigned long);
 205
 206 /*
 207  * This routine handles page faults.  It determines the address,
 208  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate
 209  * routines.
 210  *
 211  * error_code:
 212  *      bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
 213  *      bit 1 == 0 means read, 1 means write
 214  *      bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode
 215  */
 216 asmlinkage void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 217 {
 218         struct task_struct *tsk;
 219         struct mm_struct *mm;
 220         struct vm_area_struct * vma;
 221         unsigned long address;
 222         unsigned long page;
 223         int write;
 224         siginfo_t info;
 225
 226         /* get the address */
 227         __asm__("movl %%cr2,%0":"=r" (address));
 228
 229         /* It's safe to allow irq's after cr2 has been saved */
 230         if (regs->eflags & (X86_EFLAGS_IF|VM_MASK))
 231                 local_irq_enable();
 232
 233         tsk = current;
 234
 235         info.si_code = SEGV_MAPERR;
 236
 237         /*
 238          * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The
 239          * 'reference' page table is init_mm.pgd.
 240          *
 241          * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may
 242          * be in an interrupt or a critical region, and should
 243          * only copy the information from the master page table,
 244          * nothing more.
 245          *
 246          * This verifies that the fault happens in kernel space
 247          * (error_code & 4) == 0, and that the fault was not a
 248          * protection error (error_code & 1) == 0.
 249          */
 250         if (unlikely(address >= TASK_SIZE)) {
 251                 if (!(error_code & 5))
 252                         goto vmalloc_fault;
 253                 /*
 254                  * Don't take the mm semaphore here. If we fixup a prefetch
 255                  * fault we could otherwise deadlock.
 256                  */
 257                 goto bad_area_nosemaphore;
 258         }
 259
 260         mm = tsk->mm;
 261
 262         /*
 263          * If we're in an interrupt, have no user context or are running in an
 264          * atomic region then we must not take the fault..
 265          */
 266         if (in_atomic() || !mm)
 267                 goto bad_area_nosemaphore;
 268
 269         /* When running in the kernel we expect faults to occur only to
 270          * addresses in user space.  All other faults represent errors in the
 271          * kernel and should generate an OOPS.  Unfortunatly, in the case of an
 272          * erroneous fault occuring in a code path which already holds mmap_sem
 273          * we will deadlock attempting to validate the fault against the
 274          * address space.  Luckily the kernel only validly references user
 275          * space from well defined areas of code, which are listed in the
 276          * exceptions table.
 277          *
 278          * As the vast majority of faults will be valid we will only perform
 279          * the source reference check when there is a possibilty of a deadlock.
 280          * Attempt to lock the address space, if we cannot we then validate the
 281          * source.  If this is invalid we can skip the address space check,
 282          * thus avoiding the deadlock.
 283          */
 284         if (!down_read_trylock(&mm->mmap_sem)) {
 285                 if ((error_code & 4) == 0 &&
 286                     !search_exception_tables(regs->eip))
 287                         goto bad_area_nosemaphore;
 288                 down_read(&mm->mmap_sem);
 289         }
 290
 291         vma = find_vma(mm, address);
 292         if (!vma)
 293                 goto bad_area;
 294         if (vma->vm_start <= address)
 295                 goto good_area;
 296         if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 297                 goto bad_area;
 298         if (error_code & 4) {
 299                 /*
 300                  * accessing the stack below %esp is always a bug.
 301                  * The "+ 32" is there due to some instructions (like
 302                  * pusha) doing post-decrement on the stack and that
 303                  * doesn't show up until later..
 304                  */
 305                 if (address + 32 < regs->esp)
 306                         goto bad_area;
 307         }
 308         if (expand_stack(vma, address))
 309                 goto bad_area;
 310 /*
 311  * Ok, we have a good vm_area for this memory access, so
 312  * we can handle it..
 313  */
 314 good_area:
 315         info.si_code = SEGV_ACCERR;
 316         write = 0;
 317         switch (error_code & 3) {
 318                 default:        /* 3: write, present */
 319 #ifdef TEST_VERIFY_AREA
 320                         if (regs->cs == KERNEL_CS)
 321                                 printk("WP fault at %08lx\n", regs->eip);
 322 #endif
 323                         /* fall through */
 324                 case 2:         /* write, not present */
 325                         if (!(vma->vm_flags & VM_WRITE))
 326                                 goto bad_area;
 327                         write++;
 328                         break;
 329                 case 1:         /* read, present */
 330                         goto bad_area;
 331                 case 0:         /* read, not present */
 332                         if (!(vma->vm_flags & (VM_READ | VM_EXEC)))
 333                                 goto bad_area;
 334         }
 335
 336  survive:
 337         /*
 338          * If for any reason at all we couldn't handle the fault,
 339          * make sure we exit gracefully rather than endlessly redo
 340          * the fault.
 341          */
 342         switch (handle_mm_fault(mm, vma, address, write)) {
 343                 case VM_FAULT_MINOR:
 344                         tsk->min_flt++;
 345                         break;
 346                 case VM_FAULT_MAJOR:
 347                         tsk->maj_flt++;
 348                         break;
 349                 case VM_FAULT_SIGBUS:
 350                         goto do_sigbus;
 351                 case VM_FAULT_OOM:
 352                         goto out_of_memory;
 353                 default:
 354                         BUG();
 355         }
 356
 357         /*
 358          * Did it hit the DOS screen memory VA from vm86 mode?
 359          */
 360         if (regs->eflags & VM_MASK) {
 361                 unsigned long bit = (address - 0xA0000) >> PAGE_SHIFT;
 362                 if (bit < 32)
 363                         tsk->thread.screen_bitmap |= 1 << bit;
 364         }
 365         up_read(&mm->mmap_sem);
 366         return;
 367
 368 /*
 369  * Something tried to access memory that isn't in our memory map..
 370  * Fix it, but check if it's kernel or user first..
 371  */
 372 bad_area:
 373         up_read(&mm->mmap_sem);
 374
 375 bad_area_nosemaphore:
 376         /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */
 377         if (error_code & 4) {
 378                 /*
 379                  * Valid to do another page fault here because this one came
 380                  * from user space.
 381                  */
 382                 if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 383                         return;
 384
 385                 tsk->thread.cr2 = address;
 386                 /* Kernel addresses are always protection faults */
 387                 tsk->thread.error_code = error_code | (address >= TASK_SIZE);
 388                 tsk->thread.trap_no = 14;
 389                 info.si_signo = SIGSEGV;
 390                 info.si_errno = 0;
 391                 /* info.si_code has been set above */
 392                 info.si_addr = (void __user *)address;
 393                 force_sig_info(SIGSEGV, &info, tsk);
 394                 return;
 395         }
 396
 397 #ifdef CONFIG_X86_F00F_BUG
 398         /*
 399          * Pentium F0 0F C7 C8 bug workaround.
 400          */
 401         if (boot_cpu_data.f00f_bug) {
 402                 unsigned long nr;
 403
 404                 nr = (address - idt_descr.address) >> 3;
 405
 406                 if (nr == 6) {
 407                         do_invalid_op(regs, 0);
 408                         return;
 409                 }
 410         }
 411 #endif
 412
 413 no_context:
 414         /* Are we prepared to handle this kernel fault?  */
 415         if (fixup_exception(regs))
 416                 return;
 417
 418         /*
 419          * Valid to do another page fault here, because if this fault
 420          * had been triggered by is_prefetch fixup_exception would have
 421          * handled it.
 422          */
 423         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 424                 return;
 425
 426 /*
 427  * Oops. The kernel tried to access some bad page. We'll have to
 428  * terminate things with extreme prejudice.
 429  */
 430
 431         bust_spinlocks(1);
 432
 433 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 434         if (error_code & 16) {
 435                 pte_t *pte = lookup_address(address);
 436
 437                 if (pte && pte_present(*pte) && !pte_exec_kernel(*pte))
 438                         printk(KERN_CRIT "kernel tried to execute NX-protected page - exploit attempt? (uid: %d)\n", current->uid);
 439         }
 440 #endif
 441         if (address < PAGE_SIZE)
 442                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel NULL pointer dereference");
 443         else
 444                 printk(KERN_ALERT "Unable to handle kernel paging request");
 445         printk(" at virtual address %08lx\n",address);
 446         printk(KERN_ALERT " printing eip:\n");
 447         printk("%08lx\n", regs->eip);
 448         asm("movl %%cr3,%0":"=r" (page));
 449         page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> 22];
 450         printk(KERN_ALERT "*pde = %08lx\n", page);
 451         /*
 452          * We must not directly access the pte in the highpte
 453          * case, the page table might be allocated in highmem.
 454          * And lets rather not kmap-atomic the pte, just in case
 455          * it's allocated already.
 456          */
 457 #ifndef CONFIG_HIGHPTE
 458         if (page & 1) {
 459                 page &= PAGE_MASK;
 460                 address &= 0x003ff000;
 461                 page = ((unsigned long *) __va(page))[address >> PAGE_SHIFT];
 462                 printk(KERN_ALERT "*pte = %08lx\n", page);
 463         }
 464 #endif
 465         die("Oops", regs, error_code);
 466         bust_spinlocks(0);
 467         do_exit(SIGKILL);
 468
 469 /*
 470  * We ran out of memory, or some other thing happened to us that made
 471  * us unable to handle the page fault gracefully.
 472  */
 473 out_of_memory:
 474         up_read(&mm->mmap_sem);
 475         if (tsk->pid == 1) {
 476                 yield();
 477                 down_read(&mm->mmap_sem);
 478                 goto survive;
 479         }
 480         printk("VM: killing process %s\n", tsk->comm);
 481         if (error_code & 4)
 482                 do_exit(SIGKILL);
 483         goto no_context;
 484
 485 do_sigbus:
 486         up_read(&mm->mmap_sem);
 487
 488         /* Kernel mode? Handle exceptions or die */
 489         if (!(error_code & 4))
 490                 goto no_context;
 491
 492         /* User space => ok to do another page fault */
 493         if (is_prefetch(regs, address, error_code))
 494                 return;
 495
 496         tsk->thread.cr2 = address;
 497         tsk->thread.error_code = error_code;
 498         tsk->thread.trap_no = 14;
 499         info.si_signo = SIGBUS;
 500         info.si_errno = 0;
 501         info.si_code = BUS_ADRERR;
 502         info.si_addr = (void __user *)address;
 503         force_sig_info(SIGBUS, &info, tsk);
 504         return;
 505
 506 vmalloc_fault:
 507         {
 508                 /*
 509                  * Synchronize this task's top level page-table
 510                  * with the 'reference' page table.
 511                  *
 512                  * Do _not_ use "tsk" here. We might be inside
 513                  * an interrupt in the middle of a task switch..
 514                  */
 515                 int index = pgd_index(address);
 516                 pgd_t *pgd, *pgd_k;
 517                 pmd_t *pmd, *pmd_k;
 518                 pte_t *pte_k;
 519
 520                 asm("movl %%cr3,%0":"=r" (pgd));
 521                 pgd = index + (pgd_t *)__va(pgd);
 522                 pgd_k = init_mm.pgd + index;
 523
 524                 if (!pgd_present(*pgd_k))
 525                         goto no_context;
 526
 527                 /*
 528                  * set_pgd(pgd, *pgd_k); here would be useless on PAE
 529                  * and redundant with the set_pmd() on non-PAE.
 530                  */
 531
 532                 pmd = pmd_offset(pgd, address);
 533                 pmd_k = pmd_offset(pgd_k, address);
 534                 if (!pmd_present(*pmd_k))
 535                         goto no_context;
 536                 set_pmd(pmd, *pmd_k);
 537
 538                 pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);
 539                 if (!pte_present(*pte_k))
 540                         goto no_context;
 541                 return;
 542         }
 543 }